Geum.ru

Сопоставление сериальных и формационных подходов к изучению магматических формаций

Вид материалаДокументы

Содержание


Магматические формации
Абстрактная серия
Соотношения петрохимических и петрогенетических серий в еще большей степени, чем соотношения абстрактных и конкретных формаций,
Субщелочная калиево-натриевая
Субщелочная калиевая
Подобный материал:
СОПОСТАВЛЕНИЕ СЕРИАЛЬНЫХ И ФОРМАЦИОННЫХ ПОДХОДОВ

к изучению магматических формаций


Магматизм наряду с другими геологическими процессами является индикатором эволюции литосферы и различных геодинамических обстановок. Эта индикаторная роль магматизма проявляется в корреляционной связи вполне определенных совокупностей магматических пород, а не отдельных их видов или ассоциаций с определенными геодинамическими обстановками и стадиями эволюции литосферы.

Петрографы давно заняты поисками таких индикаторных совокупностей магматических пород, причем исследователи разных геологических школ пошли по разным путям. При выделении таких совокупностей, или ассоциаций, российская и советская петрографические школы пошли в первую очередь по пути формационного анализа магматических пород, а зарубежная – по пути выделения магматических серий. Это не означает, что отечественная школа не использует понятие “серия”.

Сопоставление того и другого подхода до сих пор остается дискуссионным.

Магматические формации представляют собой частный случай геологических формаций. Эти два понятия частично перекрывают друг друга, так как магматические породы нередко образуют смешанные ассоциации, в которые входят как изверженные, так и осадочные породы. Примером являются формации вулканических пород, которые часто залегают в тесной связи с осадочными и пирокластическими образованиями.

Впервые термин «формация» для магматических пород был применен Ф.Ю. Левинсоном-Лессингом в конце XIX века.


Отечественные исследователи выделяли формации абстрактные (формационный тип) и конкретные (Херасков,1952).

Под абстрактной магматической формацией обычно понимается устойчивая, повторяющаяся в процессе геологической эволюции, естественная ассоциация магматических горных пород, обладающих определенной общностью состава. Эта  глобальная таксономическая единица не привязана к конкретному региону, структуре. Конкретным выражением формационного типа (абстрактной формации) является конкретная магматическая формация, образовавшаяся в определенное время (обычно отвечающее геологическому периоду или его части) в пределах отдельного региона и отражающая специфику одного из этапов развития отдельной структурно-формационной зоны, из совокупности которых состоит этот регион.

В основу выделения конкретных магматических формаций обычно принимаются следующие критерии (Борсук, 1977):

1) сходство петрографических, петрохимических и геохимических признаков пород;

2) единство структурно-геологического положения, т.е. развитие в пределах единой крупной геоструктуры;

3) связь с единым этапом тектоно-магматической эволюции этой структуры.

Данное определение формации весьма близко тому, которое развивается  коллективом исследователей ВСЕГЕИ (Магматические формации СССР, 1980).При этом понятие “формация” содержит вещественную и структурную характеристику ассоциации магматических пород, возникшей в определенной геологической обстановке в связи с определенным геодинамическим режимом (Москалева, 1985).

Таким образом, разные исследователи несколько по-разному трактуют понятие «формация», однако они сходятся в главном – это закономерная ассоциация горных пород, присущая вполне определенному этапу или циклу геологической истории.


Следует подчеркнуть, что магматические формации (в отличие от магматических серий) выделяются в основном по петрографическим признакам и в их названиях отражены названия конкретных видов горных пород. Это, конечно, не значит, что петрографы игнорируют петрохимическую характеристику формаций, которая также является их важным признаком.


В формационном анализе магматических горных пород отчетливо обозначались два направления исследований.

Одно направление ставит своей задачей выявление петролого-геохимических особенностей формационных типов (абстрактных формаций) магматических пород, исследование парагенезисов пород. Это важное направление успешно развивает школа сибирских геологов, долгие годы возглавлявшаяся Ю.А.Кузнецовым (А.Ф.Белоусов, А.П.Кривенко, Э.П.Изох, В.А.Кутолин и др.). Работы в этом направлении помогают понять механизм петрологических и геохимических процессов, в результате которых возникают устойчивые естественные ассоциации горных пород, закономерно повторяющиеся в разных регионах и в различные геологические эпохи, обнаруживая при этом зависимость от типа тектонических структур и строения земной коры.

Другое направление, которое многие годы развивал Г.Д. Афанасьев (1950, 1958 и др.) и его последователи, связано со сравнительным анализом конкретных магматических формаций, образующихся в процессе эволюции отдельных регионов. Такие исследования позволяют устанавливать вариации в составе и условиях формирования магматических формаций, возникающих синхронно или близко по времени в пределах различных структурно-формационных зон единых крупных геоструктур, а также сменяющих друг друга во времени в процессе эволюции составляющих его структурно-формационных зон.    Сравнительный анализ конкретных магматических формаций дает возможность выявить специфику тектоно-магматического развития отдельных регионов и установить различия в характере эволюции однотипных структур.

Таким образом, если для первого направления наиболее важно установить типоморфные особенности природной ассоциации, то для второго необходимо выявить специфику этой природной ассоциации пород, характерную для конкретной геоструктуры и конкретного этапа ее эволюции. Несомненно, что оба направления не могут развиваться в отрыве друг от друга.


Учение о магматических формациях развивается на стыке петрологии и геотектоники, поскольку появление того или иного типа формации связано с определенным тектоническим режимом. Поэтому главная задача учения о магматических формациях – это выявление связей магматизма с составом и строением земной коры и литосферы в целом, с геодинамическим режимом, свойственным той или иной тектонической структуре. Установление этих связей в конечном счете помогает решению вопросов генезиса магматических пород, их металлогенической специализации и роли в формировании современного облика Земли. Изучение естественных природных парагенезисов горных пород дает возможность ограничивать теоретические и экспериментальные модели их происхождения теми, которые реализуются в природных условиях.


В настоящее время отмечается большая путаница в понятии “магматическая серия горных пород”. Наряду с традиционными сериями – толеитовой, известково-щелочной и щелочной – стали выделять более узкие магматические серии по преобладающим в них горным породам - коматиитовую, шошонитовую, андезитовую и др. Что же понимать под сериями магматических пород?

Очевидно, по аналогии с магматическими формациями следует также различать абстрактную (сериальный тип) и конкретную серии.

Абстрактная серия основывается на общих петрохимических признаках ассоциаций магматических пород и поэтому может быть названа также петрохимической серией. Классическая триада петрохимических серий – толеитовая, известково-щелочная и щелочная – выделяется на основе различных петрохимических критериев, однако, к сожалению, не всегда однозначных у различных авторов.

Как частный случай петрохимических серий, по-видимому, cледует рассматривать петрографические, т.е. конкретные серии магматических пород, в названии которых преобладают названия петрографических видов изверженных пород (шошонитовые, бонинитовые и др.). Действительно, петрографические серии могут входить в соответствующие петрохимические серии, например, шошонитовая – в калиевую субщелочную, а бонинитовая – в высокомагнезиальную известково-щелочную.

Таким образом, конкретная (петрографическая) серия магматических пород – более узкое понятие. Она характеризуется только ей присущими чертами специфики минерального и химического состава, позволяющими судить о генетическом родстве слагающих ее пород. По существу, конкретные магматические серии представляют собой совокупности пород, образовавшихся при сходных физико-химических параметрах, подчиняющихся трендам дифференциации единых родоначальных магм.

Естественно, выделение конкретных серий значительно труднее, чем выделение абстрактных серий.


Имеющиеся классификации петрохимических серий не имеют единой основы, так как разные авторы вкладывают разный смысл в понимание той или иной серии (особенно толеитовой или известково-щелочной). В связи с этим необходима единая основа классификации серий.

Имеющиеся классификации серий не выделяют субщелочные составы пород, отличные от толеитовых или известково-щелочных, что уменьшает индикаторные возможности магматических серий.

Для классификации петрохимических серий необходим вполне определенный порядок применения индикаторных признаков. Главным для классификации магматических серий является определение понятия «петрохимическая серия». Идеально петрохимическая серия включает совокупность магматических пород, генетически связанных с процессами магматической дифференциации источника. Это значит, что все породы серий должны иметь постоянное отношение изотопов (в частности, Sr, Nd, Pb) и несовместимых (некогерентных) элементов-примесей, а концентрации последних должны варьировать в рамках, ограниченных генетическими соотношениями. Таким образом, идеально петрохимическая и петрогенетическая серии должны совпадать. Однако часто даже в пределах одного вулкана и даже в одном извержении это правило не соблюдается (Gill, 1981).

Доказать генетическую связь пород одной «серии» не всегда возможно, в частности потому, что вариации составов пород (в том числе изотопных) могут быть связаны с неизвестными еще механизмами дифференциации, либо с отсутствием данных по изотопии и распределению в породах редких элементов.


Для однозначности выделяемых серий важна аранжировка (порядок применения) основных петрохимических параметров по их индикаторной важности.

Так, на основе определения толеитовых, известково-щелочных и щелочных серий (Miyashiro, 1974) выборку химических составов магматических пород следует подвергать следующей процедуре:

1) выделение рядов щелочности (щелочных, субщелочных, с одной стороны, и нормальной щелочности – с другой);

2) разделение пород нормальной щелочности на толеитовые и известково-щелочные и пород повышенной щелочности – на субщелочные и щелочные; 

3) разделение всех выделенных совокупностей пород по величине отношения K2O/Na2O.


Приняты следующие критерии разделения магматических серий:

1) отделение толеитовых и известково-щелочных серий от субщелочных и щелочных проводится на графике (K2O+Na2O)-SiO2;

2) разделение толеитовой и известково-щелочной серий проводится на графике FeO*/MgO-SiO2;

3) разделение субщелочных и щелочных серий проводится по отсутствию (для первых) или наличию (для вторых) модальных фельдшпатоидов (нефелин, лейцит и др.), а также по другим показателям повышенной щелочности (Классификация…, 1981).


Выделены поля натриевых (Na), калиево-натриевых (K-Na) и калиевых (К) серий на графике K2O/Na2O-SiO2. Вполне надежно такое деление осуществляется для основных и средних пород. Для кислых пород, начиная с составов с 64% SiO2, оно менее достоверно.

Положение различных по щелочности серий на диаграмме K2O/Na2O-SiO2 следующее:

K2O/Na2O < 0,25 – натриевая серия;

K2O/Na2O < 1 (для основных и средних составов);K2O/Na2O < 2,5 (для кислых составов) – калиево-натриевая субщелочная серия; 

K2O/Na2O > 1 (для основных и средних составов) и K2O/Na2O > 2,5 (для кислых составов) – калиевая серия.


Таким образом, понятие «петрохимическая серия» - это совокупность магматических горных пород, составы которых занимают вполне определенное положение на классификационных петрохимических диаграммах, характеризуя тот или иной тип геодинамической обстановки.


Соотношения петрохимических и петрогенетических серий в еще большей степени, чем соотношения абстрактных и конкретных формаций, недостаточно разработаны.

Наиболее важные особенности петрохимических серий следующие:
  1. Толеитовая (ТNa, Na-COX, K-Na) серия включает базальты, андезибазальты, андезиты (исландиты) и небольшие объемы дацитов и риолитов. Содержание SiO2 в большинстве случаев находится в пределах 48-63% (модальное среднее содержание SiO2 – 53%). В основной массе присутствуют авгит и пижонит. Характерен тренд обогащения железом.
  2. Известково-щелочная (ИNa, K-Na) серия включает большие объемы андезитов, дацитов и риолитов при подчиненной роли базальтов и андезибазальтов. Содержание SiO2 колеблется от 52 до 70% (среднее модальное содержание SiO2 – 59%). В основной массе присутствует ортопироксен, а пижонита нет. Отсутствует тренд обогащения железом.
  3. Субщелочная калиево-натриевая (СK-Na) серия объединяют субщелочные оливиновые базальты, гавайиты, муджериты, трахиты, трахиандезиты, трахидациты и трахириолиты. С ростом содержания в породах SiO2 наблюдается закономерное увеличение их железистости. Аналогичная тенденция устанавливается и для клинопироксенов в ряду основные – средние – кислые породы.
  4. Субщелочная калиевая (СК) серия, петрографическим эквивалентом которых являются шошонитовые серии, образованы породами от абсарокитов и шошонитов до латитов и калиевых риолитов. Все они, как и породы известково-щелочной серии, характеризуются отсутствием тренда обогащенности клинопироксенов и пород в целом железом.
  5. Щелочная (ЩK-Na, K) серия, содержащие фельдшпатоиды (нефелин, лейцит), а также щелочные темноцветные минералы и др., отличаются от субщелочных серий более высокими содержаниями щелочей и в среднем более низкими содержаниями кремнезема (обычно 44-47% SiO2). Породы щелочных серий очень разнообразны (Магматические горные…, 1984).


Таким образом, под магматической формацией и магматической серией понимается вполне определенная совокупность магматических горных пород, имеющая конкретный геологический, петрографический и петро- геохимический смысл. В тех случаях, когда по тем или иным причинам невозможно выделить магматические формации или серии, следует употреблять понятие «ассоциация» горных пород, под которой понимается любая совокупность магматитов, тесно сопряженных в пространстве, но не обязательно во времени, т.е. понятие «ассоциация» является термином свободного пользования.


О.А. Богатиков, В.И. Коваленко, А.А. Цветков, В.В. Ярмолюк,  А.М. Борсук, С.Н. Бубнов. Магматические ассоциации, формации, серии. //Магматические горные породы. Эволюция магматизма в истории Земли. Глава 1. М.: Наука, 1987. С. 7-18.